X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Октановое число (ОЧ) является мерой детонационной стойкости (ДС) бензина и численно равно процентному содержанию изооктана в эталонной смеси с гептаном, которая по ДС в условиях стандартного одноцилиндрового двигателя эквивалентна испытуемому бензину [1]. Полученные таким образом значения имеют относительный характер и не всегда совпадают с фактической ДС бензинов в полноразмерных двигателях. Определение ОЧ на стенде или непосредственно на реальных двигателях занимает значительное время. Вместе с этим при производстве бензинов существует потребность контроля ОЧ "в реальном времени".

ОЧ может изменяться в зависимости от внешних факторов (давления и температуры окружающей среды, условий работы двигателя)[2], и при этом бензины с одинаковым ОЧ могут иметь несколько различный процентный состав углеводородов в зависимости от типа нефти, используемой для их получения. Но в общем случае большее значение ОЧ соответствует большему процентному содержанию высших углеводородов. В спектрах углеводородов имеются полосы поглощения в ближней ИК области (1,0-2,5мкм). Увеличение содержания высших углеводородов приводит к эффективному уменьшению количества С-Н связей (ответственных за поглощение на колебательных переходах) в единице объема, т.е. к увеличению пропускания в ближней ИК области. Целью данной работы было исследование зависимости пропускания бензинов в ближней ИК области от ОЧ.

Схема установки.

Для решения данной задачи была разработана установка, схема которой приведена на рис.1. Свет от лампы накаливания 1 проходит через широкополосный фильтр 2, необходимый для выделения одного порядка монохроматора, линзу 3, изготовленную из фтористого бария, имеющего равномерное пропускание в рабочей области, механический модулятор 4, и плоским зеркалом 5 проецируется на щель малогабаритного монохроматора МУМ-3 6 (разрешение 3нм/мм, такое разрешение достаточно для снятия широкополосных спектров жидких бензинов). Сканирование по частотному спектру осуществлялось при помощи шагового электродвигателя, который управлялся программно от компьютера. После монохромотора свет проходит через кювету с образцом 7. Интенсивность прошедшего света регистрируется фотоприемным устройством 8. Фотоприемное устройство состоит из фотоприемника 8а (в качестве фотоприемника использовалось фотосопротивление ФСА-3 или фотоприемное охлаждаемое устройство ФУО 612-8, имеющее более высокую (в 2-4 раза) чувствительность в длинноволновой области (1,8-3,2 мкм) и менее чувствительно к внешним электрическим наводкам и помехам) и предусилителя 8б, который включал в себя цепь стабилизации для питания фотосопротивления или ФУО и усиливающий каскад, осуществляющий усиление сигнала в полосе частот модуляции механического модулятора. Сигнал с фотоприемного устройства подавался на селективный вольтметр 9, который измерял амплитуду сигнала на частоте модуляции. Показания вольтметра через АЦП заводились на компьютер 10 и записывались в файл.

Рис.1. Схема экспериментальной установки.

Разработанная программа позволяла осуществлять сканирование по спектральному диапазону, наблюдать на экране спектр исследуемого вещества, сохранять его в файл, выводить его на печать, получать числовые значения сигнала интенсивности прошедшего света на данной длине волны.

Результаты.

Были сняты спектры пропускания бензинов. ОЧ данных бензинов: 53, 68, 70, 73, 75, 80. Исследовались образцы с толщиной слоя 4-100 мм. Наибольшее изменение пропускания бензинов наблюдалось на длинах волн 1205 и 1400 нм (рис.2). Наибольшее абсолютное изменение пропускания (что соответствует максимальному соотношению сигнал/шум) наблюдалось при толщине образцов 10-20мм. Характерный спектр пропускания бензина (толщина слоя 20 мм) приведен на рис.2 (1 - ОЧ=53; 2 - ОЧ=80), зависимости пропускания бензинов от ОЧ - на рис.3.

Рис.2. Спектры пропускания бензинов в ближней ИК-области. 1 - толщина образца 20мм, октановое число - 53 2 - толщина образца 20мм, октановое число - 80

Рис. 3. Зависимость коэффициента пропускания бензинов от октанового числа на длине волны 1205 нм

Выводы.

Изучено влияние ОЧ на спектры пропускания бензинов в области 1-1,8 мкм. Для исследованных образцов обнаружена монотонная зависимость показателя пропускания от величины ОЧ в полосах поглощения 1,2 и 1,4 мкм. С увеличением октанового числа наблюдается увеличение пропускания бензинов. Наибольшее изменение пропускания при изменении октанового числа на числа на коэффициент пр соответствует толщине образца 10-20 мм.

Литература.

K. R. Hansen et al., “Thermo-optical effects in high-power ytterbium-doped fiber amplifiers”, Opt. Express 19 (24), pp.23965-23980 (2011).

E. Wyss et al., “Thermooptical compensation methods for high-power lasers”, IEEE J. Quantum Electron. 38 (12), p. 1620 (2002).

Борн М., Вольф Э. Основы оптики. – М. Наука, 1970. 720с.

Благодарности.

Авторы приносят свои благодарности СФ ФИАН за возможность использования спектрофотометра и Новокуйбышевскому нефтеперерабатывающему заводу за предоставленные тарированные образцы.

 

 

Код для цитирования: Скопировать